先进制造业国家战略报告2022.pdf

关 注“赛迪 智 库”关 注“赛 迪 国 际”先进制造业国家战略报告National Strategy for Advanced Manufacturing来 源：美 国 国 家 科 学 技 术 委 员 会编 译 单 位：中 国 电 子 信 息 产 业 发 展 研 究 院（赛 迪研究院）北 京 赛 迪 翻 译 技 术 有 限 公 司VI 关于科技政策办公室关于科技政策办公室 科技政策办公室（OSTP）根据 1976 年的国家科学技术政策、组织和优先事项法成立，目的是向总统和总统行政办公室的其他人提供有关经济、安全、健康、外交关系和环境的科学、工程和技术相关建议。科技政策办公室领导机构间科学和技术政策的协调工作，协助管理与预算办公室对预算中的联邦研究和发展进行年度审查和分析，并作为总统在联邦政府的主要政策、计 划 和 项 目 相 关 科 学 和 技 术 分 析 和 判 断 的 来 源。更 多 信 息 见http:/www.whitehouse.gov/ostp。关于国家科学技术委员会关于国家科学技术委员会 国家科学技术委员会（NSTC）是行政部门协调构成联邦研究和发展企业等不同实体科技政策的主要机构。国家科学技术委员会的一个主要目标是确保科技政策决定和计划与总统的既定目标相一致。国家科学技术委员会负责编订协调多个联邦机构以完成多个国家目标的研究和发展战略。国家科学技术委员会的工作由下属各委员会组织，而这些委员会则负责监督专注于科学 和 技术 不同 方面的 小 组委 员会 和工作 小 组的 工作。更多 信 息 见http:/www.whitehouse.gov/ostp/nstc。关于关于国家科学技术委员会国家科学技术委员会先进制先进制造业小组委员会造业小组委员会 根据 2010 年美国竞争重新授权法案（美国法典第 42 编第 6622章）第 102 条（及其修订案）的规定，国家科学技术委员会的技术委员会负责规划和协调先进制造业研究和发展的联邦计划和活动，并制定和更新每四年一版的先进制造业国家战略。先进制造业小组委员会（SAM）负责这些职责，并作为参与机构之间就先进制造业的联邦政策、计划和预算指导进行信息共享、协调和建立共识的主要论坛。关于本文件关于本文件 2022 年先进制造业国家战略由美国国家安全局在广泛的公众宣传后制定，包含了美国希望在先进制造业发挥领导地位的愿景。该愿景将促进经VII 济增长，创造高质量的就业机会，增强环境可持续性，应对气候变化，加强供应链，确保国家安全，并改善医疗健康。这一愿景的实现方式是开发和实施先进的制造技术，发展先进的制造劳动力，以及提升制造供应链的弹性。每个目标都确定了重点目标，以及未来四年的国家技术和计划重点和实施路径。免责声明免责声明 本文件中提及任何具体的商业产品、程序、服务、制造商、公司或商标仅作说明用途，不构成美国政府的认可或推荐。版权信息版权信息 本文件属于美国政府的公共信息（见美国法典第 17 编第 105 章）。在遵守下文规定的前提下，可以分发和复制本文件，但需向科技政策办公室致谢。本文件中包含的图形的版权为原始版权人或其受让人所有，经政府许可在本文件中使用。如需使用任何图片，须向图片字幕中指明的提供者提出申请，如果没有指明提供者，则需向科技政策办公室提出申请。2022 年发表于美国。VIII 目录 缩略词表.1 执行摘要.3 导言：制造业和美国的未来.5 先进制造业的愿景、支柱、目标和实施路径.7 支柱、目标和实施路径.9 支柱 1：开发和实施先进的制造技术.11 目标 1.1：实现清洁和可持续的制造以支持脱碳.11 目标 1.2：加快微电子和半导体的制造创新.13 目标 1.3：实施先进制造以支持生物经济.14 目标 1.4：开发创新材料和加工技术.16 目标 1.5：引领智能制造的未来.17 支柱 2：壮大先进制造业的劳动力队伍.19 目标 2.1：扩大和丰富先进制造业人才库.19 目标 2.2：发展、扩大和促进先进制造业教育和培训.21 目标 2.3：加强雇主和教育组织之间的联系.22 支柱 3：提升供应链弹性.23 目标 3.1：加强供应链互联互通.24 目标 3.2：加大力度减少制造业供应链漏洞.24 目标 3.3：加强和振兴先进制造业生态系统.26 附录 A、机构参与和衡量标准.28 附录 B、在实现 2018 年战略计划目标方面取得的进展.30 支柱 1：开发和过渡新的制造技术。.31 支柱 2：教育、培训制造业的劳动力并与他们建立起良好关系.33 支柱 3：扩大国内制造业供应链的能力.35 附录 C、实施路径.37 支柱 1：开发和实施先进的制造技术.37 IX 支柱 2：壮大先进制造业的劳动力队伍.49 支柱 3：提升供应链弹性.56 1 缩略词表 2D/3D 二维/三维 AI 人工智能 AM 增材制造 AR 增强现实 BARDA 生物医学高级研究与开发局 BEA 经济分析局 CAP 跨部门优先事项 CEA 经济顾问委员会 CMOS 互补金属氧化物半导体 COVID-19 新冠肺炎 CO2 二氧化碳 CTE 职业技术教育 DEIA 多样性、公平性、包容性和可及性 DOC 美国商务部 DoD 美国国防部 DOE 美国能源部 DOL 美国劳工部 DOS 国务院 ED 美国教育部 EDA 美国经济发展局 EERE 能效和可再生能源办公室 EOP 总统行政办公室 FDA 美国食品和药物管理局 FY 财年 GHG 温室气体 HHS 美国卫生与公众服务部 HI 异构集成 IC 集成电路 ICME 综合计算材料工程 I-Corps 创新团队 IoT 物联网 IIoT 工业物联网 IPCC 政府间气候变化专门委员会 ISM 太空制造 IT 信息技术 K-12 从幼儿园到高中 2 LGBTQ 女同性恋者、男同性恋者、双性恋者、跨性别者和酷儿 MEP 制造扩展合作 MGI 材料基因组计划 MIC 中国制造 ML 机器学习 MSI 少数群体服务机构 MRL 生产准备水平 NEC 美国国家经济委员会 NASA 美国国家航空航天局 NIOSH 美国国家职业安全卫生研究所 NIST 美国国家标准与技术研究院 NSF 美国国家科学基金会 NSTC 美国国家科学技术委员会 OEM 原始设备制造商 OMB 管理与预算办公室 OSTP 科技政策办公室 OT 操作技术 PPE 个人防护设备 Perkins V 卡尔帕金斯职业和技术教育法 R&D 研发 RFID 射频识别技术 SAM 先进制造业小组委员会 SBA 小企业管理局 SBIR 小企业创新研究 SMMs 中小型制造商 STEM 科学、技术、工程和数学 STTR 小企业技术转让 TRL 技术准备水平 R&D 研发 U.S.美国 USDA 美国农业部 USPTO 美国专利商标局 VR 虚拟现实 WIOA 劳动力创新与机会法案 XR 扩展现实 3 执行摘要 制造业是美国经济实力和国家安全的推动力。它在美国经济的几乎每一个部门（从航空航天到生物制药等等）都发挥着重要作用。制造业的进步使经济持续增长，因为新技术和创新提高了生产力，为生产下一代产品创造了条件，支持我们应对气候危机的能力，并创造新的、高质量和高收入的就业机会。虽然美国仍能保持其在先进技术领域的领导地位，但是，21 世纪仍有一些高技术制造业的生产和就业水平急剧下降。为应对全球竞争，拜登哈里斯政府采取了一系列措施来振兴制造业，提高美国供应链和国家安全的弹性，为研发提供资金，并培训美国人未来的工作能力。该愿景将促进经济增长，创造高质量的就业机会，增强环境可持续性，应对气候变化，加强供应链，确保国家安全，并改善医疗健康。这一愿景将通过开发和实施先进的制造技术，发展先进的制造劳动力，以及提升制造供应链的弹性。每个目标都确定了重点目标，以及未来四年的国家技术和计划重点和实施路径。本战略提出了美国在先进制造业方面发挥领导地位的愿景。美国在先进制造业方面发挥领导地位的愿景。该愿景将促进经济增长，创造高质量的就业机会，增强环境可持续性，应对气候变化，加强供应链，确保国家安全，并改善医疗健康。为实现该愿景，设定了三大支柱，而这三大支柱相互关联：(1)开发和实施先进的制造技术开发和实施先进的制造技术；(2)壮大先进制造业的劳动力队伍；壮大先进制造业的劳动力队伍；(3)提升供应链弹性提升供应链弹性。为了实现这些支柱，确定了未来四年的 11 项重点目标和 37 项实施路径。4 11 项重点目标为：(1)实现清洁和可持续的制造以支持脱碳；(2)加快微电子和半导体的制造创新；(3)实施先进制造以支持生物经济；(4)开发创新材料和加工技术；(5)引领智能制造的未来；(6)扩大和丰富先进制造业人才库；(7)发展、扩大和促进先进制造业教育和培训；(8)加强雇主和教育组织之间的联系；(9)加强供应链互联互通；(10)加大力度减少供应链漏洞；(11)加强和振兴先进制造业生态系统。这项由国会授权的战略旨在改善美国政府的协调活动，并为支持美国制造业竞争力的联邦计划和活动提供长期指导，包括先进制造业的研究和开发。来自全国各地 700多个个人和组织的公众意见为该战略提供了参考。5 导言：制造业和美国的未来 先进制造业是对现有产品制造方法的创新，以及由先进技术促成的新产品的生产。美国仍然是某些先进技术的全球领导者。1国内和全球对解决气候危机所需的技术和设备的需求急剧上升，然而，先进制造业的某些领域的生产和就业水平却急剧下降。先进技术产品的贸易平衡（这是美国的传统优势）从 2001 年开始从顺差转为逆差，2021年的贸易逆差为 1970亿美元。2 制造业是美国经济3，4中最大的部门之一，占国内生产总值的 11%。5虽然制造业的就业在 1960 年到 1990 年间相对稳定，但在 20 世纪 90 年代末开始下降；在 2000 年至 2010 年的十年间，三分之一的美国制造业工人（近600 万人）失去了工作。6在这些失业工人中，只有不到 200 万人重新找到了工作。然而，值得注意的是，现在制造业的就业率已经超过了 2020 年的峰值，这是自 1978年以来就业率第一次超过其前一个商业周期的峰值。新冠肺炎疫情的全球大流行暴露了制造业供应链的脆弱性，造成医疗用品、关键矿物和半导体等关键产品的严重短缺。7为了加强制造业供应链，中小型制造商（SMM）8（指那些雇员少于 500 人的制造商，其数量占制造商总数的 98%，其雇员占雇员人数的 43%）将需要美国政府及其大客户和供应商的援助。因此，美国必须制定和实施战略，通过对先进制造业的投资重新奠定美国的领导地位。此外，国家的制造业和工业基础支撑着利用先进技术来保障民主的军事能力。1 https:/itif.org/publications/2022/06/08/the-hamilton-index-assessing-national-performance-in-the-competition-for-advanced-industries/2 https:/www.census.gov/foreign-trade/balance/c0007.html 3 https:/www.nist.gov/el/applied-economics-office/manufacturing/manufacturing-industry-statistics 4 https:/www.bls.gov/web/empsit/ceshighlights.pdf 5 https:/data.worldbank.org/indicator/NV.IND.MANF.ZS 6 https:/data.bls.gov/timeseries/CES30000000017 https:/www.whitehouse.gov/wp-content/uploads/2021/06/100-day-supply-chain-review-report.pdf 7 https:/www.whitehouse.gov/wp-content/uploads/2021/06/100-day-supply-chain-review-report.pdf 8 https:/cdn.advocacy.sba.gov/wp-content/uploads/2021/08/30144808/2021-Small-Business-Profiles-For-The-States.pdf 6 本战略基于公众意见更新了 2018 年的先进制造业美国领导力战略9。10它获得了 2010 年美国竞争重新授权法案的授权。2010 年的美国竞争重新授权法案规定了最初的先进制造业战略（2012 年），该战略在首次发布后每 5 年进行一次更新。11附录 A 对联邦机构的参与情况和衡量标准作出了说明，附录 B则总结了自 2018年战略发布以来取得的进展。9 https:/www.manufacturing.gov/news/announcements/2018/10/strategy-american-leadership-advanced-manufacturing 10 https:/www.Federalregister.gov/documents/2021/10/05/2021-21644/national-strategic-plan-for-advanced-manufacturing-request-for-information?utm_medium=email&utm_source=govdelivery 11 2010 年美国竞争重新授权法案（公法 111-478）第 102 章；美国法典第 42编第 6622 章。7 先进制造业的愿景、支柱、目标和实施路径 本战略旨在实现美国先进制造业领导地位的愿景。该愿景将促进经济增长，创造高质量的就业机会，增强环境可持续性，应对气候变化，加强供应链，确保国家安全，并改善医疗健康。促进促进经济增长。经济增长。先进制造业应用创新技术来生产新产品和改进现有产品的生产。制造业的工作，尤其是先进技术领域的工作，提供了比整个劳动力市场更好的薪酬、更稳定的工作时间和更强的工人保护，并对其他部门12的工作产生了广泛影响。这些重大影响使得制造业的进步（美国将这些进步转化为产品、工艺和服务的能力）成为政府的优先事项和国家整体制造业战略的一个关键因素。13 创造高质量的就业机会。创造高质量的就业机会。先进制造业的创新和新技术的实施需要一支高技能和多样化的劳动力队伍。全国制造商协会估计，到 2030 年，美国可能会有超过 200 万个制造业工作岗位空缺。14需要对工人进行新的投资，包括从小学到研究生学位的基础科学教育、颁发行业认可的证书的技术培训计划、学徒和实习计划以及领导力发展计划。将历史上在先进制造业中代表性不足的群体和/或来自服务不足地区的个人吸纳进来，为扩大制造业劳动力队伍和随之而来的经济效益创造了机会。在肯定集群经济发展的好处的同时，美国将优先考虑提高劳动力的技能，增加农村地区和经济困难地区的先进制造业工作的数量和质量，以此来加强区域经济条件。15，16美国还将投入资金来改善制造工艺，进而保护工人安全和健康；这种安全和以人为本的工艺，可以保护和保持工人的工作，对长期的全球竞争力至关重要。增强环境可持续性增强环境可持续性。可持续制造是指通过经济上合理的流程来创造制成 12 https:/www.epi.org/publication/manufacturing-still-provides-a-pay-advantage-but-outsourcing-is-eroding-it/13 https:/www.whitehouse.gov/briefing-room/statements-releases/2022/02/24/the-biden-harris-plan-to-revitalize-american-manufacturing-and-secure-critical-supply-chains-in-2022/14 https:/www.nam.org/2-1-million-manufacturing-jobs-could-go-unfilled-by-2030-13743/15 https:/www.whitehouse.gov/briefing-room/statements-releases/2021/03/31/fact-sheet-the-american-jobs-plan/16 https:/eda.gov/arpa/build-back-better/8 品。所谓的合理流程是指在节约能源和自然资源的同时，最大限度地减少对环境的负面影响。17将可持续材料管理原则和增材制造纳入产品设计和开发，可以减少制造产品所需的材料和能源，提高安全性。美国将改进整个制造部门内对环境有利的流程，包括在材料加工和制造以及水处理过程中有效使用清洁电力。应对气候变化。应对气候变化。气候危机对国家和全球安全、环境和人类健康以及经济利益构成了一个直接的现存威胁。美国已经定下了一个雄伟且可实现的目标，即 2030 年的温室气体净排放量比 2005 年少 50-52%，在 2035 年之前创建一个无碳污染的电力部门，并在 2050 年之前整个经济体实现净零排放。18,19先进制造业解决方案可以创造新机会，使美国能够通过工业脱碳建立一个更循环的经济；在这种经济中，人们将使用可持续的生物质来取代石油产品，扩大清洁能源的应用，开发其他与气候有关的技术，积极创新，从而帮助整个经济实现净零排放。加强供应链。加强供应链。支持美国制造业的供应链和生态系统正在一些因素的影响下逐步变得薄弱，这些因素包括对创新技术的投资不足，对培训的投资不足，以及为了短期利益而进行的外包和离岸活动。20新冠肺炎疫情大流行和不断变化的地缘政治竞争暴露了这些和其他脆弱性，加剧了经济损失，同时也暴露了国家安全和健康风险。美国需要有弹性的、协作性的、数字化整合的制造业供应链，以防止供应链中断并确保供应链能够从中断中迅速恢复。确保国家安全。确保国家安全。先进的制造技术对国家安全至关重要，它能够为美国的作战人员提供创新能力，使美国能够维持和加强对最重要的战略竞争对手的防御。21战略竞争对手对美国的非动能威胁在增加，美国必须加快技术发展和实施的步伐，并加快制造供应链的转型。17 https:/www.epa.gov/sustainability/sustainable-manufacturing 18 https:/www.whitehouse.gov/briefing-room/statements-releases/2021/04/22/fact-sheet-president-biden-sets-2030-greenhouse-gas-pollution-reduction-target-aimed-at-creating-good-paying-union-jobs-and-securing-u-s-leadership-on-clean-energy-technologies/19 https:/www.Federalregister.gov/documents/2021/02/01/2021-02177/tackling-the-climate-crisis-at-home-and-abroad 20 虽然一些离岸和外包提高了效率，但这些战略有时也导致脆弱性增加和工作质量下降。详见https:/www.whitehouse.gov/cea/written-materials/2022/04/14/summary-of-the-2022-economic-report-of-the-president/和https:/www.whitehouse.gov/wp-content/uploads/2021/06/100-day-supply-chain-review-report.pdf第 6 章。21 https:/www.defense.gov/Spotlights/National-Defense-Strategy/9 改善医疗健康改善医疗健康。先进制造业可用于生产许多新的和日趋完善的医疗保健产品，包括小分子药物、医疗设备、生物制品、疫苗、先进疗法和生物相容性材料。虽然生物医药制造与其他行业有许多共同的交叉技术需求，但它也有独特的需求，因此需要专门定制的应用。制造过程和解决方案必须确保安全性和有效性，这样才能促进人类和动物健康，并尽量减少药物短缺，同时也确保美国在新冠肺炎疫情应对和准备方面的全球领先地位。支柱支柱、目标和目标和实施路径实施路径 本战略的愿景将通过实现三个支柱来实现。要想实现这些支柱，必须实现其下的重点目标和实施路径。未来四年的支柱、目标和实施路径见下表。附录 C 中具体阐述了对每项路径的进一步讨论。支柱支柱 目标目标 实施路径实施路径 支柱支柱 1：开：开发和实施先发和实施先进的制造技进的制造技术术 1.1：实现清洁和可持续的制造以支持脱碳 1.1.1：制造过程的脱碳 1.1.2：清洁能源制造技术 1.1.3：可持续制造和回收 1.2：加快微电子和半导体的制造创新 1.2.1：半导体和电子的纳米制造 1.2.2：半导体材料、设计和制造 1.2.3：半导体封装和异构设计 1.3：实施先进制造以支持生物经济 1.3.1：生物制造 1.3.2：农业、林业和食品加工 1.3.3：生物质加工和转化 1.3.4：药品和保健品 1.4：开发创新材料和加工技术 1.4.1：高性能材料设计和加工 1.4.2：增材制造 1.4.3：关键材料 1.4.4：太空制造 1.5：引领智能制造的未来 1.5.1：数字化制造 1.5.2：制造业中的人工智能 1.5.3：以人为本的技术应用 1.5.4：制造业中的网络安全 10 支柱支柱 2：壮壮大先进制造大先进制造业的劳动力业的劳动力队伍队伍 2.1：扩大和丰富先进制造业人才库 2.1.1：提高对先进制造业职业的认识 2.1.2：吸引参与度不高的社区 2.1.3：解决服务不足群体的社会和结构性障碍 2.2：发展、扩大和促进先进制造业教育和培训 2.2.1：将先进制造业纳入科学、技术、工程和数学的基础教育 2.2.2：使先进制造业的职业技术教育现代化 2.2.3：扩大和传播新的学习技术和实践 2.3：加强雇主和教育组织之间的联系 2.3.1：扩大基于工作的学习和学徒制 2.3.2：设立行业认可的证书和认证 支柱支柱 3：提提升供应链弹升供应链弹性性 3.1：加强供应链互联互通 3.1.1：促进供应链内部在供应链管理方面的协调 3.1.2：推进供应链数字化转型的创新 3.2：加大力度减少供应链漏洞 3.2.1：追踪供应链上的信息和产品 3.2.2：提高供应链的可见性 3.2.3：改善供应链的风险管理 3.2.4：提高供应链的敏捷性 3.3：加强和振兴先进制造业生态系统 3.3.1：促进新企业的成立和发展 3.3.2：支持中小型制造商 3.3.3：协助技术过渡 3.3.4：建立和加强区域制造业网络 3.3.5：改善公私合作关系 11 支柱 1：开发和实施先进的制造技术 最近在自动化、数据科学、人工智能、机器学习、生物技术和材料科学等领域的进展，加上整个经济范围内的脱碳、医疗保健和国家安全方面的紧迫技术挑战，正在为先进制造业创造新的机会。为了在全球范围内竞争，美国必须通过快速开发和实施创新的制造技术来利用和保护其技术领先地位。虽然联邦对先进制造业相关的研究、开发和部署的投资一般集中在每个机构的特定任务目标上，但基于组合的战略在各机构间的协调将更加有效。为促进目标技术领域的发展而进行公私合作是开发和实施新的制造技术的关键。这种公私合作关系提供了创建和共享工业相关设施的机会。在这些设施中，工具、技术和嵌入的专业知识可以扩大区域创新生态系统，并在区域内和区域间推动经济增长。在支柱 1的范畴下设定了五个重点目标：1.1.实现清洁和可持续的制造以支持脱碳；1.2.加快微电子和半导体的制造创新；1.3.实施先进制造以支持生物经济；1.4.开发创新材料和加工技术；1.5.引领智能制造的未来；每一个目标都有其对应的实施路径以及在未来四年内要获得的成果。目标目标 1.11.1：实现清洁和可持续的制造以支持脱碳：实现清洁和可持续的制造以支持脱碳 气候变化的产生原因是二氧化碳和其他温室气体（GHG）的总量在大气层中增加和持续存在。美国的制造业的一次能源使用量约占全国的三分之一，12 制造业产生的与能源有关的温室气体排放量占全部的 30%。22，23工业材料如钢铁、水泥和化学品的制造也通过化学过程直接产生温室气体排放。通过使用清洁和高效的制造技术24以及减少整个产品生命周期的排放，我们将有可能减少与制造有关的能源消耗和温室气体排放。美国已承诺，其 2030 年的温室气体净排放量将比 2005 年减少 50-52%，并在 2050 年实现净零排放。252022 年 8 月签署成为法律的通胀削减法案，以及 2021 年 11 月颁布的两党基础设施法中的基础设施现代化投资，将提供大量资源和激励措施，帮助实现气候和清洁能源目标。这些新资源将促进拜登哈里斯政府通过国家气候工作组和美国供应链行政命令所做的努力，在美国政府范围内推进清洁能源和与气候相关的制造业的发展。鉴于制造过程本身的脱碳机会，以及扩大美国零碳设备制造规模的机会，制造部门将成为这些脱碳努力的组成部分。先进制造业可以在能源、工业、建筑和运输部门实现低成本、零排放的技术。该目标的实施路径为该目标的实施路径为：1.1.1.制造过程的制造过程的脱碳：脱碳：开发和展示提高能源效率的先进制造技术，使工业过程电气化，在制造过程中采用低碳原料和能源，应用新化学反应以避免工业过程中温室气体直接排放，分离和储存工业二氧化碳，并创造温室气体密集型工业产品的替代品。创建和传播验证工具和程序，以协助将电气化和高效技术融入制造业。公开具有较低能源和碳足迹的先进材料和工艺。1.1.2.清洁能源制造技术清洁能源制造技术：改进清洁发电和储存的材料、制造工艺和产品设计；采用零排放的运输工具、建筑和工业，以实现脱碳经济。通过先进的导电材料、加工技术和机器开发，加强设备和材料的制造，使电力转换和传输更加高效。制造具有高能量密度的先进电池，并为低电压和高电压应用提 22 https:/www.eia.gov/energyexplained/use-of-energy/industry.php;23 https:/www.eia.gov/tools/faqs/faq.php?id=77&t=11 24 https:/www.whitehouse.gov/bipartisan-infrastructure-law/25 https:/www.whitehouse.gov/briefing-room/statements-releases/2021/04/22/fact-sheet-president-biden-sets-2030-greenhouse-gas-pollution-reduction-target-aimed-at-creating-good-paying-union-jobs-and-securing-u-s-leadership-on-clean-energy-technologies/13 供新型可持续材料。1.1.3.可持续制造和回收可持续制造和回收：开发经济上可行的制造技术，将有价值的材料从废物流中分离出来，并开发能源或污染密集型材料的替代品。在分类、净化和解构技术领域进行研发。扩大可持续材料的设计和制造、多种材料类别的回收和循环方法以及试点项目和设施的规模。改进数据和方法，以评估生命周期的影响并确定需要改进的领域。目目标标 1.2：加快微电子和半导体的制造创新加快微电子和半导体的制造创新 半导体是微电子学的基础，半导体技术的进步对国家安全和几乎每个经济部门都至关重要。26它们是控制和调节电力流的电力电子设备的支柱，并使电动汽车充电和将可再生能源纳入电网成为可能。微电子的广泛应用为扩大将产品生命周期中的气候、环境和其他影响考虑在内的可持续制造流程提供了机会。目前，制造业面临着互补金属氧化物半导体技术的基本性能限制、处理器和存储器以外的市场多样化以及全球竞争激烈等问题。要想提高未来性能，需要研究新的微电子材料、设备和互连解决方案的制造和加工能力。这些能力将为未来计算和存储设备提供动力。最近在 2022年 8 月通过并成为法律的为半导体基础设施提供投资的芯片和科学法案27将有助于实现以下目标。该目标的实施路径为该目标的实施路径为：1.2.1.半导体和电子的纳米制造半导体和电子的纳米制造：对集成光子产品、增材和直接印刷电子产品的制造、独特的传感器格式以及混合电子制造进行投资，以利用纳米制造的力量。开发物理、化学和生物方法，将原子精确放置和结合到所需的分子和结构中。1.2.2.半导体材料、设计和制造半导体材料、设计和制造：发展能够创造和测试新的设备、材料和 26 https:/www.epa.gov/smm-electronics/national-strategy-electronics-stewardship-nses 27 https:/www.whitehouse.gov/briefing-room/statements-releases/2022/08/09/fact-sheet-chips-and-science-act-will-lower-costs-create-jobs-strengthen-supply-chains-and-counter-china/14 结构的先进制造能力。为国内公司和大学提供方便的设计工具和微电子代工厂，以提供准确信息和训练有素的劳动力。为微电子器件和组件提供高效和可持续的操作。1.2.3.半导体封装和异半导体封装和异构构设计设计：引进新的材料、工具、设计、工艺、装配和测试，使封装活动具有更高的密度、产量和可靠性。加强研发和原型设计，以提高生产效率和可靠性。发展国家设施，进行异构包装集成研发。目标目标 1.3：实施先进制造以支持生物经济实施先进制造以支持生物经济 美国的生物经济“是由生命科学和生物技术的创新驱动的经济活动，由工程和计算及信息科学的技术进步促成”28，并包括产业、产品和服务。在生物制造中，微生物和不同的生物体（细菌细胞、病毒、酵母、蓝藻、海藻）经过编程可以用来制造各种产品，如食品、饲料、燃料、纤维、生物塑料、天然橡胶、可再生化学品、营养品、非食品材料和其他高价值产品。这个过程，利用可持续的生物质或糖源作为原料，为许多产品如塑料、燃料和材料的生产提供了一个基于石化的替代品。2022 年 9 月，拜登总统签署了一项关于推进生物技术和生物制造创新以实现可持续、安全和可靠的美国生物经济的行政命令。29该行政命令要求整个政府推进生物制造，为健康、气候、变化、能源、食品安全、农业、供应链弹性以及国家和经济安全提供创新解决方案。行政命令中的优先事项在本战略文件中也有概述，其中包括扩大国内的生物制造能力，连接相关的基础设施，以及增加生物制造的劳动力。制造业对于与人类和动物都有生物接口的下一代医疗疗法和设备至关重要。通过将生命科学的发现与智能制造等先进技术相结合，美国可以在创造高质量的生物基产品方面取得巨大的飞跃。应优先实施强有力的生物安全、28 https:/nap.nationalacademies.org/catalog/25525/safeguarding-the-bioeconomy 29 https:/www.whitehouse.gov/briefing-room/presidential-actions/2022/09/12/executive-order-on-advancing-biotechnology-and-biomanufacturing-innovation-for-a-sustainable-safe-and-secure-american-bioeconomy/15 生物安保和数据隐私控制，以确保对生物经济的支持，促进和保护美国的领导地位、竞争力和国家安全。为了继续提高食品安全和食品可及性，以及食品供应链的弹性，先进的制造工艺必须充分利用新技术，并加快新领域（如细胞农业、替代蛋白质和个性化营养）的发展。应采取措施来创造更多机会，进一步追求从实验室到市场的生物技术，实现新兴产品的制造规模化和向外拓展。这一部分关于制造技术的内容涉及健康、疾病、气候变化、能源、食品和营养安全、经济发展以及持续发展多样化和多学科的劳动力等关键问题。该目标的实施路径为该目标的实施路径为：1.3.1 生物制造生物制造：支持推进生物制造研究，包括基因组和蛋白质工程生产工具、多细胞系统工程、生物模型和生物加工的生物技术方法。支持用于预测模型和生物加工分析工具的多组学和生物计量学的发展。支持加强原料准备、技术准备和制造准备水平的分析工具。优先实施保障措施来确保这些产品用于合法用途。1.3.2 农业、林业和食品加工农业、林业和食品加工：支持先进的基因组测序、生物信息学、功能表型的预测模型、控制系统的整合以及食品、饲料、燃料和纤维制造中人与机器的合作等方面的研究。开发可持续的能源和低成本的水处理技术，包括养分回收系统，从废物和非常规来源中生产出适合的水。1.3.3 生物质加工和转化生物质加工和转化：找出可在美国持续生产并转化为制造业原料的10 亿吨生物质的开发方法、工艺和技术。为理想的生物质原料的预加工、加工和解构开发预测过程建模、生物过程分析以及基因组和蛋白质工程。推进生物基废物流的厌氧处理，以生产沼气、可再生天然气、肥料、植物营养物、土壤改良剂、生物炭、工程碳、动物垫料、表面活性剂、聚合物、清洁生物能源、电力和混合热/冷动力。1.3.4 药品和保健品药品和保健品：促进连续制造、在线过程监测和控制、综合人工智16 能辅助系统和新型细胞培养技术的发展。优先发展减法和加法加工以及生物基制造，以创造针对特定患者的医疗产品、设备和生物驱动的给药系统。目目标标 1.4：开发创开发创新材料和加工技术新材料和加工技术 先进材料对于新产品的开发以及经济和国家安全至关重要，其应用遍及多个工业部门。先进材料可能包括用于高超音速的极端温度结构材料、用于恶劣环境的材料、高强度轻质金属合金、合成生物材料，以及许多其他材料。使用新材料往往需要创新的制造技术。由于设计限制得以放松，像增材制造和纳米制造这样的先进工艺为新材料创造了机会。新的高性能先进材料的加工技术可以通过用更快、更有效、更精确和更坚固的方法取代（或补充）现有的方法来提高成本效益和竞争力。先进的材料和工艺可以减少生命周期中的温室气体和制造及产品使用中的其他环境后果。该目标的实施路径为该目标的实施路径为：1.4.1.高性能材料设计和加工高性能材料设计和加工：通过整合基于物理学的计算和数据驱动的机器学习工具，提高材料设计和加工能力。加快高性能材料的测试、鉴定和工艺验证，以简化进入市场的程序。加强材料行为的预测能力以及在苛刻的服务条件下的性能。1.4.2.增材制造增材制造：开发可供所有用户使用的增材制造（AM）工艺优化框架。创造新的传感器来提高过程监测和控制能力。开发机器学习算法，以分析大型、安全、可互操作的数据流，并实现反馈控制。生产工具，创造新的增材制造专用材料和能力。将增材制造技术与智能制造平台相结合。1.4.3.关键材料关键材料：识别和整合替代材料和技术，以减少或取代高需求技术中关键材料的使用。找出先进方法来从初级、二级和非常规来源分离和加工关键材料。为可重复使用、回收、再制造和再利用的关键部件和产品开发设计和制造方法。1.4.4.太空太空制造制造：在微重力环境下开发新的增材制造工艺，以制造替换部17 件和太空基础设施。将机器人技术与太空增材制造工艺相结合来进行深空探索。优先考虑微重力环境下的生物制造投资，以实现长期的太空存在，包括可持续的食品生产、加工和回